我國糧食生產的耕地資源環境效應特征與代價分析

劉洪濤＊，郭小夏,2，成升魁，甄 霖，劉曉潔

（1.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；2. 中國科學院大學資源與環境學院，北京 100049）

1 糧食生產的耕地資源環境現狀與背景

2004—2015 年，我國的糧食生產實現了“十二連增”，為國家經濟發展起到重要的保障作用。與此同時，作為糧食生產的重要載體與依托——耕地的環境效應與地力變化情況卻不容樂觀，這側面說明糧食產量進一步連續增長的勢頭，已顯示出乏力狀態。自20 世紀80 年代以來，我國糧食生產取得的成效舉世矚目，在我國糧食產量不斷增長的背后，是化肥、農藥等農業投入品的大量消耗和使用。統計結果表明， 2004—2012 年，全國糧食生產的環境效率均值在此期間下降了27%，這在一定程度上說明中國的糧食產量增收是在農業環境和地力資源不斷走低的基礎上取得的[1]，持續的增產對水土資源消耗造成了極大的壓力。由于農藥、化肥帶來的重金屬污染，以及礦區等不宜區域的開墾利用，耕地土壤污染進入集中多發期。污染物積累到農產品之中，導致突發性、區域性的糧食污染事件（如2013 年湖南鎘米事件），對農產品質量安全構成一定的潛在影響[2]。2014 年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》結果表明，我國土壤環境狀況總體不容樂觀，其中耕地土壤的點位超標率達到19.4%。

在華北、西北和湘贛等中南地區，地下水超采、土地退化和重金屬污染，已對我國的可用水土資源形成了較大壓力，一方面與我國客觀形成的資源稟賦有關；另一方面，也反映出對耕地資源保護和地力恢復的忽視，導致目前多個區域的情況不容樂觀，已不適合規模化的糧食生產。與水、大氣、固體廢棄物的保護管理相比，我國土壤環境保護管理工作起步晚，管理體系尚不成熟[3]。

2015 年，原農業部正式啟動“2020 年化肥、農藥使用量零增長行動”，預計到2020 年，在不影響國家糧食安全的基礎上，我國化肥和農藥使用總量將實現零增長，逐步實現“化肥減量提效、農藥減量控害”的目標。2016 年，國務院發布《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”），其中劃定了土地的保護優先序，以耕地為重點，分別采取相應管理措施，保障農產品質量安全。科學地看待耕地的污染是糧食生產中化學品過度投入造成，合理地、有區別地劃分耕地類型，有的放矢地制定利用策略，是頂層設計的一大進步。這些政策的及時出臺，是基于對我國耕地環境現狀的客觀理性認知、前瞻性擔憂應運而生，實施后的效果有待進一步的科學和客觀評價。

過去十余年我國糧食產量保持在高增長的水平線上是事實，但必須要承認的是，糧食產量的增長在成本上幾乎未考慮資源消耗和環境效益問題，即資源環境成本的外部化。從我國糧食生產連續增長帶給耕地的環境效應負荷、國家對于耕地污染和糧食安全間關系的認知和政策轉變，可以看出當前我國的糧食生產結構調整驅動所伴生的環境污染和水土資源保護的壓力仍然很大。在糧食戰略安全、農業生產供給側改革、環境資源涵養保護之間取得平衡，還需要不斷地探索、完善。

2 農業投入品使用導致的耕地環境問題

2.1 化肥過量施用導致的耕地環境問題

化肥的大量施用對糧食產量的提高確實做出了重要貢獻，但同時對耕地土壤地力和農產品質量的下降有一定影響[4]。據2015 年的統計數據表明，我國耕地面積占全世界耕地面積的8%，化肥消耗量卻占全世界的35%，化肥投入量相當于美國和印度兩國的總和[5]。最近十年間，我國的化肥施用量呈現出明顯的增加態勢，從2005 年的4760 萬t 逐漸增加到2014 年的近6000 萬t，增長率達到26%，而同期糧食產量增加25.4%；我國的化肥施用強度為國際公認的化肥施用安全上限的1.6 倍，畝均化肥用量高出世界平均水平60%，而單產量卻明顯低于歐美國家。

我國糧食生產過程中，化肥投入對環境所產生的影響顯著。1983—2010 年，化肥年均施用量是糧食增速的3.5倍，化肥施用引起的環境成本以每年7.4%的速度增長。化肥施用量每增加1 個百分點，糧食產量增加0.32 個百分點，化肥施用的環境成本則增加了1.74 個百分點[6]。因此，化肥投入與環境效益之間嚴重不成正比。更為突出的問題是，我國的化肥綜合利用效率只有30%，化肥過量施用已成為我國現階段農業面源污染的主要成因，未被利用的大量氮、磷流失至土壤和水體中，造成嚴重的農業面源污染[7]。根據《第一次全國污染源普查公報》，水體污染中農業污染源排放的總氮量占全國氮排放總量的57.2%，總磷量占全國磷排放總量的67.4%[8]。由此可見，在未來一段時期內，提高化肥利用效率仍然是主要農業面源污染治理的重要發力點。

盡管化肥過量施用較為嚴重，但在現階段，化肥仍是我國糧食生產增收的主要驅動力，與此伴生的“肥越用越多，地越種越貧瘠”現象較為突出。土壤板結、地力下降、耕作層變淺等問題一直困擾著我國糧食生產的可持續發展。不難看出，糧食產量增長與化肥的投入和施用存在著嚴重的依賴關系。

2.2 農藥不合理使用導致的耕地環境問題

農藥在糧食種植生產過程中發揮著重要的損失挽回作用，但同時也應認識到農藥殘留污染問題日益嚴重[9]。早期，我國主要使用有機氯類農藥，在全國范圍內大量廣泛的使用使之對農田土壤環境造成嚴重的污染。有機氯農藥被替代以后，作為替代品的有機磷、有機氯、氨基甲酸酯類殺蟲劑和磺酰脲類除草劑等被大量投入使用。與有機氯農藥相比，替代性農藥雖不容易構成大范圍、持久性的污染，但其污染潛力也不容忽視。目前，我國耕地土壤的農藥污染處于有機氯農藥與替代性農藥共存的狀態[10]。據統計，目前約有8600～10 700 km2的耕地受到農藥污染，從主要農藥類型來看，多環芳烴（PAHs）、滴滴涕（DDTs）和六六六（HCHs）較為突出，對應的點位超標率分別為1.4%、1.9%、0.5%。

統計數據顯示，最近十年內，我國的農藥使用量表現出明顯增加態勢，從2005 年的146 萬t 逐漸增加到2013 年的180 萬t，增長率高達23.4%。根據同期橫向比較結果，我國農藥用量是世界平均水平的2.5 倍。但實測結果顯示，我國每年使用的農藥僅有15%～30%附著在農作物上[11]，其余大部分擴散至生態環境系統中，造成耕地土壤的大面積有機污染[12,13]。與此同時，在農藥使用管理方面，我國仍存在農藥使用者專業知識不足、農藥使用監管缺失、農藥管控激勵不足等諸多問題[14]，加劇了農藥不合理使用的現象。

農藥是保障糧食生產的重要農業投入品，我國農藥的使用量在今后相當長的時期內都將保持較高水平，因此如何科學合理使用農藥，并通過調節土壤結構，改善土壤性質、增強殘留農藥降解能力是未來防控農田土壤生態環境危害發生的關鍵。

2.3 地膜殘留污染的耕地環境問題

我國的耕地糧食生產使用地膜的習慣由來已久，地膜使用量以每年15%的速度增加。由于超薄地膜的泛濫、農村勞動力流失、缺乏適用的回收機械，殘留在耕地里的地膜已形成白色污染，對耕地土壤質量的影響較為嚴重[15,16]。大量在農田中殘留的地膜可以破壞土壤結構，影響土壤有益微生物的正常代謝，妨礙作物生長。中國農業科學院監測數據顯示，目前我國長期覆膜的農田土壤，耕地地膜殘留量累計達到100 萬t[17]。研究表明，當土壤中地膜殘留量達到1.5 kg/km2時，糧食產量平均下降20%[18]。無論從穩糧增收還是從農業環境污染治理的角度，殘膜回收都是個迫在眉睫的問題。由于地膜全覆蓋的觀念根深蒂固，現階段甚至未來一段時期內，伴隨著糧食生產的地膜污染問題仍然會持續存在。因此加大膜回收力度，減少“白色污染”，也是糧食生產不可忽視的重要環境問題。

3 休耕模式和糧食主功能區戰略政策的環境效應分析

3.1 休耕模式減緩耕地資源消耗和環境污染壓力

2016 年6 月，國務院發布《探索實行耕地輪作休耕制度試點方案》（以下簡稱“方案”）。方案出臺的目的在于鞏固提升糧食產能，保障糧食安全；對休耕地采取保護性措施，不減少或破壞耕地、不改變耕地性質、不削弱農業生產能力，確保急用時能夠復耕，糧食能產得出、供得上。

嚴格意義上講，休耕屬于耕地保護的范疇，最終落腳點是為了協調土地供需矛盾，提高耕地地力，更好地保障糧食生產可持續發展。但休耕需要放棄的是短期內作物產量的增長，前提是對糧食供需矛盾的有效協調，即著眼于“藏糧于地，藏糧于技”[19]。盡管休耕模式所帶來的環境效益還有待評估，但不可否認的是：在區域范圍內，休耕制度一旦推行開來，勢必帶來化肥、農藥等農業投入品的“熔斷式”減量。

休耕模式是在客觀認知當前我國糧食生產耕地現狀的基礎上，提出的國家戰略性指導政策，對涵養生態環境、保護耕地資源、提高土壤有機質、減輕農業環境污染具有重要的現實意義[20,21]。鑒于在過去一段時期內，糧食產量在持續增長的同時，耕地地力已接近耗竭的現狀，因此對生產力較低或污染嚴重的耕地，應加強休耕模式的推進力度，在休耕的同時，治理污染、恢復植被、逐漸恢復土地的生產力[22,23]。

我國土地幅員遼闊，耕地資源稟賦差異較大，休耕需要分類型地有序推進，針對不同區域的情況因地制宜地開展和實施，建立適應國情的休耕制度，合理規劃休耕面積比例與年限[24,25]。但不容忽視的是，出于對當前我國耕地資源緊張、保障糧食安全的考慮，土地休耕模式仍存在一定的爭議。但伴隨著國內糧食庫存高企，資源消耗和生態環境矛盾突出，耕地休耕模式試點的推廣迎來了最佳時機。2016 年以來，在地下水漏斗區 （河北省，6.7 萬hm2）、重金屬污染區 （湖南省，0.67 萬hm2）、生態嚴重退化區 （云南省、貴州省、甘肅省各0.13 萬hm2）等典型區域，已逐步開啟休耕工作試點。

3.1.1 地下水超采區

地下水漏斗區域主要集中在嚴重干旱缺水的華北平原，如河北省南部地下水超采區（滄州、邢臺、衡水）。自80年代以來，黃淮海、華北平原地下水逐年下降，成為世界上面積最大的地下水漏斗區[26]。在區域糧食增產目標過高、一年兩熟種植制度下，高集約化的耕地需要高強度的地下水井灌，這是造成地下水快速下降的主要原因[27]。在這些典型的地下水資源約束型地區，應落實最嚴格的水資源管理制度，調整冬小麥等高耗水農作物的種植結構，適時降低耕地利用強度[28,29]。在區域內推行耕地休耕，對于緩解地下水超采問題將起到立竿見影的效果。

3.1.2 重金屬污染區

重金屬嚴重污染區域主要集中在我國南方地區，這些地區既是稻米等傳統主糧作物種植區，也是采礦密集區，采礦尾渣和廢物垮壩外泄對土壤等形成點源污染的現象較為普遍，農田耕地重金屬污染較重，時常發生糧食重金屬超標事件，有些耕地甚至已棄荒。如2013 年湖南鎘米事件，在當地耕地土壤的鎘背景值較高的背景下，長期大量施用化肥，使得土壤酸度增強而導致鎘被大幅活化，最終造成稻米谷粒中鎘嚴重超標。這種土壤中鎘超標不突出，種植作物中鎘卻嚴重超標的現象，實際上是重金屬污染源的疊加效應造成。目前針對類似特征的耕地污染，湖南省已在長沙、株洲、湘潭重金屬重度污染區劃定了休耕試點區，以減緩耕地重金屬污染惡化趨勢；同時建立防護隔離帶、施用石灰、施用綠肥、施用鈍化劑，并控制化肥施用強度，為耕地恢復地力和土壤環境質量改善贏取喘息之機，為保障區域內未來糧食安全儲備可用耕地資源，厚積薄發。

3.1.3 生態嚴重退化區

生態嚴重退化地區的特征是土壤表面植被負載量和生產力已嚴重退化，難以支撐起糧食高產需求。這部分區域除了歷史客觀形成的土壤稟賦因素之外，未能對有限的耕地地力進行保護、恢復和涵養，也是主要原因之一。目前該類型休耕試點的區域主要集中在西南云貴地區的石漠化區和以甘肅省為典型的西北生態嚴重退化區。通過以地力涵養型植物代替糧食作物的種植結構調整模式，改種的植物以防風固沙、涵養水分、保護耕作層、恢復有機質等功能為主；同時減少農事相關活動，促進退化區域耕地地力的改善。生態退化區的耕地往往處在干旱區和山區，這些區域既是生態脆弱區也是邊際作物區，種植結構以玉米和小宗谷物為主，是目前重點取舍的邊際型產能，在生態退化區開展休耕，減緩小宗作物面積，將產能集中到適宜種植區域，有利于邊際糧食產能的統籌。

盡管目前休耕推進實施的面積有限，但結合國內外的經驗證實：中短期休耕后，耕地地力恢復良好，生態效益顯著[25,30,31]。因此當前休耕的任務是亟待加強推行力度，增加休耕面積，并探索在污染、退化、水虧缺重點區域，平衡糧食生產與土地休養生息的博弈關系，形成糧食供求余缺與休耕恢復決策互動的調節體系。

3.2 糧食生產主功能區確定的環境效益

在當前我國農業耕地與城鎮化發展矛盾凸顯、地力退化嚴重的背景下，糧食生產主功能區的劃定是一項國家戰略前瞻規劃，其背后蘊含的戰略意義巨大，所帶來的環境效應預期會在未來凸顯。

當前環境負荷是糧食主功能區結構調整的基礎，而結構調整又勢必對環境效應帶來一定影響。在主功能區的農業投入品強度差異方面，研究發現：糧食生產功能區的差異是導致我國化肥施用強度存在差別的主要原因[32]。基于2004—2011 年的統計數據，農產品種植結構調整有利于減緩化肥施用強度[33]。從主功能區域分布來看，在我國南方地區，特別是長江流域，不僅有種植水稻的傳統，還種植一定面積規模的小麥和油菜，存在一定程度重疊（即復種區），多次噴施的農藥、化肥交叉污染，加重了土壤環境負荷和地力恢復難度；如果確定區域內主要種植類型，則環境效應將得到一定提升。又如東北地區，在國務院公布的《關于建立糧食生產功能區和重要農產品生產保護區的指導意見》中，既被劃定為玉米主產區，又確定為大豆生產保護區，而這部分復種區的環境承載力已基本“觸底”，成為農業結構調整的最大瓶頸。近年來在這部分復種區，玉米種植效益較高，由連茬種植造成的化肥農藥施用量逐年增加，導致耕地土壤日趨板結、有機質含量下降，已不具備適宜糧豆輪作的條件。由此可見，糧食主功能區調整與確定，對環境效應而言，正面或負面的影響均有可能，需進一步研究分析。

可以肯定的是，隨著糧食主產區格局調整逐漸清晰，化肥、農藥的投入勢必更加集中，取代原有的點源分散狀態，這對于地力恢復和環境治理而言，具備了一定的優勢條件，即：可對主產區的污染隱患進行集中消除，治理和恢復難度降低，成本效益顯現，環境基本面好轉的概率更高，這與主功能產區劃定的初衷——“積極發展適度規模經營”完全呼應，適當放緩糧食生產的增速，集中優勢產區，可降低污染負荷壓力，為建立基于環境負載的可持續農業發展模式贏得喘息之機。

4 結語

客觀地看，過去十余年的糧食生產耕地資源環境代價是較為沉重的，改變傳統的生產模式和效益理念是必然趨勢。本文認為，應該從以下幾個方面科學嚴格地控制農業投入品，減緩水資源消耗，重視地力恢復，確定糧食生產重點發力的主功能區域。

（1）從技術角度出發，應科學合理規劃化肥、農藥、地膜等農業投入品的使用。根據不同地力實際情況確定化肥的施用配比和數量，探索化肥與有機肥的合理配施方案。改善農藥質量，研發綠色農藥，提高農藥利用效率并降低其降解難度，減少農地內源性污染。因地制宜種植合適的作物，減少地膜的投入量，研發地膜回收和降解技術。

（2）從管理部門角度出發，應本著適度放緩的原則制定糧食目標，在科學評估耕地地力恢復速率與環境負荷、資源消耗的基礎上，將環境污染和資源消耗成本納入糧食生產成本體系中。這與習近平生態文明思想中的“綠水青山就是金山銀山”理論一脈相承，“在魚和熊掌不可兼得的情況下，我們必須懂得機會成本，善于選擇，學會揚棄，做到有所為、有所不為”。如果失去耕地資源保護和耕地環境恢復的最佳時機，意味著未來要付出更大、更重的成本才能實現糧食的可持續發展。

（3）隨著我國糧食安全戰略的調整，應加強對糧食耕地的資源消耗成本的剖析與反思。耕地是承載國家糧食安全戰略的重要資源保障，現階段對耕地資源消耗、環境質量效應和地力涵養間的平衡，重視力度仍顯不足。改變以犧牲資源環境為代價換取糧食持續增長的時機已成熟，結合國情，展望未來，改善我國糧食耕地的資源環境效應，依然任重道遠。